随着人们生活水平的提高,口腔健康问题越来越受到关注。根管治疗术是目前治疗口腔常见疾病最常用的方法,主要使用充填材料以达到封闭根管的作用,从而杜绝细菌的滋生感染等问题。牙胶充填材料是根管治疗中的“金标准”材料,其性能对根管封闭严密程度有着至关重要的影响。牙胶充填材料主要由杜仲胶(GP)、氧化锌(ZnO)、硫酸钡等组成,临床使用中,利用GP的低温结晶熔融特性,在携热头的加热下,牙胶得以软化流动,并在一定的压力下充填进入根管系统,在温度降至体温的过程中发生结晶固化,从而实现严密充填并长期稳定地保持在根管系统中。基于上述过程,牙胶充填材料需要高导热、易流动等性能,还应具有体积稳定性。但是,目前商品牙胶的普遍问题是导热系数不够高、流动性能不够好,往往需要较高的加热温度和较长的治疗时间,易使患者疼痛,甚至损伤牙根周围组织。所以,本论文的目标是制备高导热、易流动的高性能牙胶材料以更好的满足根管治疗的需求。通过碳纳米管(CNTs)与ZnO填料的复合使用以及对CNTs的剪切取向和偶联剂改性,得到了综合性能优异的牙胶材料,分析了导热机制并提出了新型导热模型,实现了对复合材料导热性能的预测。此外,商品牙胶还存在不同程度的体积收缩,但是收缩机理尚不明晰,这也是本论文的研究内容之一。本论文的第一部分,通过分析传统商品牙胶尖的组成与导热性能的关系,发现导热系数与ZnO呈正相关。进一步地,通过双辊混炼法制备了一系列不同ZnO含量的GP复合材料。结果表明,随着ZnO含量的增加,复合材料的导热系数也逐渐升高且增速变快。通过分析ZnO在GP基体中呈“海岛-岛链-网络”的微观结构,揭示了“三阶段”导热机制。此外,对GP/ZnO复合材料的流动性能分析发现,ZnO的增加也会引起体系粘度的提升,尤其当ZnO含量超过80 wt%时,体系的粘度剧烈上升。该结果也表明不能单纯依靠增加ZnO的含量来提高牙胶材料的性能,而80 wt%是获得较好综合性能的最佳值。本论文的第二部分,以第一部分中得到的GP/ZnO(80 wt%)复合材料作为基体,填充不同含量的CNTs,制备得到了一系列GP/ZnO@CNTs复合材料。结果表明,当CNTs为50phr(体系中同时含有400phr ZnO)时,较相同含量(450phr)的单一 ZnO填充时导热系数提升了 75.2%,ZnO和CNTs的并用对于复合材料导热系数的提升具有协同作用,为此提出了“桥接模型”阐述导热机制。体外充填实验表明,相比于商品牙胶,含有20phr CNTs的GP/ZnO@CNTs复合材料具备高导热、易流动的特点。通过体外细胞毒性实验,发现新型牙胶复合材料不具有细胞毒性,虽然该材料真正用于患者之前还需要一系列的临床评价,但本部分的研究表明其具有良好的应用前景。本论文的第三部分,通过毛细管流变仪对含有20phr CNTs的GP/ZnO@CNTs复合材料进行了剪切取向,结果表明,取向方向的导热系数明显提升。与未经毛细管流变仪剪切取向的复合材料相比,导热系数最高达到了 2.5 W/(m·K),提升了 81.2%。通过体外模拟充填实验证明,CNTs的取向有利于沿牙胶尖轴向方向的热量传递,易使尖端软化,获得更加严密的充填效果,具有临床意义。本论文的第四部分,采用硅烷偶联剂KH560对导热填料进行改性处理,当复合材料的体系中含有10phr CNTs-OH与10phr KH560时,与未改性相比,复合材料的导热系数提升了 11.9%,进一步取向后提升了 34.0%。同时,平均剪切粘度降低了 18.5%,说明KH560的加入不仅提升了复合材料的导热性能,还提高了流动性能。因此,KH560的加入有效地解决了牙胶材料的导热和流动性能的矛盾问题,为进一步提升牙胶材料的性能提供了思路。本论文的第五部分,在经典Agari导热模型的基础上,推导并提出了并联-串联(P-S)模型,实现了对三相GP/ZnO@CNTs复合材料导热系数的预测。此外,使用P-S模型对含取向结构的GP/ZnO@CNTs复合材料的导热系数进行分析,也能够很好的拟合。为了验证P-S模型的普适性,使用文献中复合材料的导热数据进行预测分析,均获得了良好的拟合效果。P-S模型的提出对于丰富导热模型理论和指导高导热复合材料的制备具有一定意义。本论文的第六部分,探究了影响牙胶材料体积稳定性的因素。通过对商品牙胶尖的体积收缩率进行实验和计算两方面的对比分析,发现引起牙胶材料体积收缩的主要原因是聚合物基体的结晶相转变过程,占总体积收缩率的99%,填料的热胀冷缩效应引起的体积收缩率仅占1%。GP基体的含量、结晶度和晶体类型对体积收缩率有着重要的影响,一般情况下,基体的含量和结晶度越高,引起的体积收缩率越大。本部分的研究让我们充分理解了体积收缩的机理,从而能够为解决体积收缩问题提供思路,具有实际意义。